光柵作為精密測量的一種工具
，由於他本身具有的優點，已在精密儀器
、坐標測量、精確定位、高gao精jing度du精jing密mi加jia工gong等deng領ling域yu得de到dao了le廣guang泛fan的de應ying用yong。光guang柵zha測ce量liang技ji術shu是shi以yi光guang柵zha相xiang對dui移yi動dong所suo形xing成cheng的de莫mo爾er條tiao紋wen信xin號hao為wei基ji礎chu的de
，對dui此ci信xin號hao進jin行xing一yi係xi列lie的de處chu理li
，即ji可ke獲huo得de光guang柵zha相xiang對dui移yi動dong的de位wei移yi量liang。將jiang光guang柵zha位wei移yi傳感器與yu微wei電dian子zi技ji術shu相xiang結jie合he
，進jin行xing線xian性xing位wei移yi量liang的de測ce量liang

，以yi實shi現xian較jiao高gao的de測ce量liang精jing度du。本ben文wen采cai用yong光guang柵zha作zuo為wei傳chuan感gan元yuan件jian，經jing接jie收shou元yuan件jian後hou變bian為wei周zhou期qi性xing變bian化hua的de電dian信xin號hao（近似正弦信號）
，采用邏輯辨向電路區別位移的正反向
，利用單片機進行數據處理並顯示結果。軟件采用彙編語言實現。

 

1　硬件電路

本設計的硬件電路主要由單片機89C51、計數器8253
、細分與辨向電路、信號變換電路和光柵位移傳感器組成。如圖1所示。

　

 

 

1.1　光柵位移傳感器

光柵位移傳感器包括以下幾部分：光柵；光柵光學組成。光柵光學係統的作用是形成莫爾條紋
；光電接受係統。光電接受係統是由光敏元件組成，他將莫爾條紋的光學信號轉換成電信號，本係統采用的光敏元件是4個矽光電池。

 

1.2　信號變換電路

信號變換就是將由光敏元件輸出的正弦電信號轉換成方波信號。本文中采用的比較器LM339，來自光柵的莫爾條紋照到光敏元件矽光電池上
，他們所輸出的電信號加到LM339的2個比較器的正輸入端上，而在這2個比較器的負輸入端分別預製一定的參考電壓，該參考電壓應使光柵輸出的方波的高、低電平寬度一樣。

 

1.3　細分與辨向電路

1.3.1　細分電路

為記錄光柵上移過的條紋數目和判斷光柵的移動率等，傳感器中采用4極矽光電池來接收莫爾條紋信號。調整莫爾條紋的寬度B
，使他正好與4個矽光電池的寬度相同。則可直接獲得在相位上依次相差90°的4路信號
，即進行4倍細分。如圖2所示。

 

 

1.3.2　辨向電路

位移除了有大小的屬性外，還具有方向的屬性。為了辨別標尺光柵位移的方向
，僅靠一個光敏元件輸出一個信號是不行的。必須有2個以上的信號根據他們的相位不同來判斷位移方向。因此，本設計采用的是4個矽光電池來接收莫爾條紋信號
，則輸出的4路信號在相位上依次相差90°
，利用這種特點設計的辨向電路的如圖3所示。圖中u1，u2和u3
，u4分別通過相同的電路實現對位移方向的區別。當莫爾條紋上移時（假設經過矽光電池的前2個
，此時u1，u2有信號
，u3

，u4無信號），則圖中A點有計數脈衝

，B點為恒定電平
；當莫爾條紋下移時（假設經過矽光電池的前2個

，此時u1
，u2有信號，u3
，u4無信號），則圖中B點有計數脈衝
，A點為恒定電平。用2個不同計數器分別記錄上移和下移所形成的脈衝數，即可實現辨向。

 

 

1.4　LED顯示

本文采用動態4位顯示。第1位為符號為
，莫爾條紋上移為正
，下移為負；第2，3位為整數位；第4位為小數位。將所有的段選線並聯在一起，由單片機的P1口控製，而共陰極公共端分別由P3.0，P3.1，P3.2

，P3.3控製，實現各位分時選通。

 

2　軟件部分

軟件部分主要有采集子程序、數據處理和顯示子程序組成［4］。

 

采集子程序完成對計數值的讀入和轉化
；數據處理子程序完成對采集數據的線形化處理；顯示子程序對結果進行循環顯示。程序的流程如圖4所示。

 

 

3　結語

本文中，設計的硬件采用比較器LM339把光敏器件輸出信號轉換成方波信號，采用邏輯辨向電路，對光柵的正向、反向移動做準確的判斷；采用8253的2個計數器分別對正反兩路信號進行計數
，然後，用89C51進行數據處理
，送到顯示器顯示。硬件結構簡單、成本低
、工作可靠、精度比較高；軟件采用彙編語言實現，程序簡單、可讀性強
、效率高。